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第1章 绪论1

1.1 数控机床概述1

1.1.1 数控机床的定义1

1.1.2 数控机床的组成2

1.2 数控机床的加工过程3

1.3 数控机床及数控技术的发展5

1.4 数控机床故障诊断与维修的目的和意义5

1.4.1 数控机床故障诊断与维修的意义5

1.4.2 数控机床故障诊断与维修的目的6

1.5 数控机床故障诊断的研究对象与故障分类7

1.5.1 数控机床故障诊断的研究对象7

1.5.2 数控机床故障的特点7

1.5.3 数控机床故障的分类8

1.6 数控机床维修人员的要求9

第2章 数控机床故障诊断与维修的方法11

2.1 数控机床的故障诊断步骤及故障现场调查11

2.1.1 故障诊断步骤11

2.1.2 故障现场调查12

2.2 数控机床故障诊断的原则与方法14

2.2.1 故障诊断原则14

2.2.2 故障诊断方法15

2.3 排除故障并逐级上电调试19

2.3.1 数控系统硬件更换19

2.3.2 逐级检查并上电21

2.4 制作维修记录21

2.4.1 制作维修记录的优点21

2.4.2 制作维修记录的方法22

2.5 维修实例22

2.6 数控机床的安装调试25

2.6.1 安装环境要求25

2.6.2 数控机床的安装25

2.6.3 数控机床的调试29

2.7 数控机床的维护保养30

2.7.1 概述30

2.7.2 数控机床的日常维护及保养33

2.7.3 数控机床长期不使用时的维护及保养35

第3章 数控系统故障诊断36

3.1 数控系统概述36

3.1.1 数控系统的组成36

3.1.2 数控系统的工作过程38

3.1.3 数控系统的功能39

3.1.4 CNC系统的硬件结构41

3.1.5 CNC系统的软件结构43

3.2 典型数控系统简介45

3.2.1 FANUC数控系统45

3.2.2 SIEMENS数控系统的基本配置55

3.2.3 华中数控系统60

3.2.4 广州数控系统63

3.3 数控系统的参数与调试68

3.3.1 数控系统的参数68

3.3.2 数控系统的调试70

3.4 数控系统故障诊断技术与实例72

3.4.1 数控系统硬件故障诊断72

3.4.2 数控系统软件故障原因与排除方法75

3.4.3 数控系统自诊断技术的应用76

3.4.4 利用机床参数来维修系统79

第4章 伺服系统的故障诊断与维修82

4.1 伺服系统概述82

4.1.1 伺服系统概念及其作用82

4.1.2 伺服系统的组成与工作原理82

4.2 主轴驱动系统故障及诊断84

4.2.1 常用主轴驱动系统介绍85

4.2.2 主轴伺服系统的故障形式及诊断方法86

4.2.3 直流主轴驱动故障诊断87

4.2.4 交流主轴驱动故障诊断91

4.3 进给伺服系统故障及诊断99

4.3.1 常见进给驱动系统及其结构形式100

4.3.2 进给伺服系统的故障形式及诊断方法103

4.3.3 进给驱动的故障诊断107

4.3.4 进给伺服电机的维护116

4.4 位置检测装置故障及诊断118

4.4.1 常用检测装置的维护119

4.4.2 检测装置故障的常见形式及诊断方法121

4.4.3 检测装置故障的诊断与排除122

4.5 实例分析125

第5章 PLC模块的故障诊断132

5.1 概述132

5.1.1 数控机床中PLC的形式132

5.1.2 PLC与外部信息的交换133

5.1.3 数控机床PLC的功能134

5.2 PLC在数控机床中的应用实例134

5.2.1 数控机床工作状态开关PMC控制134

5.2.2 数控机床加工程序功能开关PMC控制137

5.2.3 数控机床倍率开关PMC控制141

5.2.4 数控机床润滑系统PMC控制143

5.2.5 数控车床自动换刀PMC控制145

5.2.6 数控机床辅助功能代码（M代码）PMC控制148

5.3 常用数控系统的PLC状态的监控方法151

5.3.1 西门子系统的PLC状态显示功能151

5.3.2 FANUC系统的PMC状态监控154

5.3.3 华中数控PLC状态监控157

5.3.4 广州数控PLC状态监控160

5.4 PLC控制模块的故障诊断162

5.4.1 PLC故障的表现形式162

5.4.2 PLC控制模块的故障诊断方法与实例162

第6章 数控机床机械结构的故障诊断及维修170

6.1 机械故障的类型及诊断方法170

6.1.1 机械故障的类型170

6.1.2 机械故障的诊断方法171

6.2 数控机床的启、停运动故障172

6.2.1 主轴不能启动172

6.2.2 机床启动后出现失控现象172

6.2.3 机床出现“死机”而不能动作173

6.2.4 机床返回基准点故障173

6.3 主轴部件故障诊断与维修175

6.3.1 主轴部件的维护特点175

6.3.2 主传动链的故障诊断177

6.4 进给传动系统的故障诊断与维修185

6.4.1 滚珠丝杠螺母副的故障及维护185

6.4.2 进给传动系统的常见故障类型及诊断方法186

6.4.3 进给传动系统常见故障的报警形式188

6.4.4 进给传动系统故障实例191

6.5 导轨副的故障及维护192

6.6 ATC及APC系统的故障诊断与维修193

6.6.1 刀库及换刀机械手（ATC）的维护194

6.6.2 刀库的故障194

6.6.3 换刀机械手的故障195

6.6.4 工作台自动交换装置的故障诊断197

6.7 液压与气动系统的故障诊断与维修198

6.7.1 液压传动系统的原理与维护198

6.7.2 液压传动系统的故障诊断及排除200

6.7.3 气动系统的原理与维护203

6.8 数控机床润滑系统的故障诊断205

6.8.1 数控机床润滑系统的故障分析205

6.8.2 润滑系统的故障诊断207

6.9 数控机床机械故障的综合诊断与实例208

6.9.1 机械故障的综合诊断208

6.9.2 故障实例的综合分析209

6.10 数控机床运动质量特性故障诊断215

6.10.1 位置偏差过大215

6.10.2 零件的加工精度差216

6.10.3 两轴联动铣削圆周时圆度超差216

6.10.4 机床运动时超调引起的精度不良216

6.10.5 故障分析实例216

第7章 数控机床切削加工过程状态监测与故障诊断219

7.1 机床加工过程状态监测与故障诊断的内容及待研究的问题219

7.1.1 监测与诊断的特点219

7.1.2 监测与诊断的内容220

7.1.3 待研究的问题221

7.1.4 切削过程工况监控系统222

7.2 切削过程刀具磨损与破损的在线监测与诊断223

7.2.1 切削过程中发生的物理现象及刀具监控原理223

7.2.2 刀具磨破损在线自动检测224

7.2.3 刀具寿命管理监视系统224

7.2.4 切削过程刀具磨损与破损的振动监测法225

7.2.5 刀具磨损与破损的主电机功率或电流监测法232

7.2.6 刀具磨破损的声发射监控法233

7.2.7 刀具磨破损检测技术的综合应用236

7.3 切削颤振的在线监控238

7.3.1 特征信号的选择238

7.3.2 切削颤振的统计特征239

7.3.3 颤振的频域特征分析239

7.4 切屑状态的在线监控240

7.4.1 概述240

7.4.2 信号采集及预处理241

7.4.3 切屑折断频率fc的计算方法241

7.4.4 切屑折断状态的频域特征分析242

7.4.5 切屑状态的统计特性243

7.5 刀具磨损状态的图像检测技术244

7.5.1 概述244

7.5.2 图像检测技术基本原理244

7.5.3 刀具磨损状态的图像检测系统245

第8章 常用故障检测及诊断仪器仪表248

8.1 万用表248

8.2 示波器248

8.2.1 示波器的选择248

8.2.2 示波器的使用250

8.3 逻辑测试笔251

8.3.1 逻辑测试笔的功能251

8.3.2 逻辑测试笔的使用251

8.3.3 逻辑测试笔的选择253

8.4 逻辑分析仪254

8.4.1 逻辑分析仪的特点254

8.4.2 逻辑分析仪的结构原理255

8.4.3 逻辑分析仪的触发方式和显示方式257

8.4.4 逻辑分析仪的使用257

8.5 集成电路测试仪259

8.5.1 概述259

8.5.2 集成电路测试仪的结构原理260

8.5.3 集成电路测试仪的功能261

8.5.4 集成电路测试仪的使用261

8.6 特征代码分析仪263

8.6.1 特征代码分析仪的结构原理263

8.6.2 特征代码分析仪的使用265

8.7 其他数控诊断仪器266

第9章 数控机床故障诊断与维修实例267

9.1 数控车床故障诊断与维修实例267

9.1.1 CNC系统267

9.1.2 伺服系统270

9.1.3 主轴系统273

9.1.4 刀架系统277

9.1.5 尺寸与外设281

9.2 数控铣床故障诊断与维修实例283

9.2.1 CNC系统283

9.2.2 伺服系统285

9.2.3 主轴系统290

9.2.4 辅助部件292

9.3 加工中心故障诊断与维修实例294

9.3.1 CNC系统294

9.3.2 伺服系统297

9.3.3 主轴、工作台304

9.3.4 刀库、机械手312

9.4 数控磨床故障诊断与维修实例315

9.4.1 CNC系统315

9.4.2 加工尺寸不稳定319

9.5 数控齿轮加工机床故障诊断与维修实例322

9.5.1 数控滚齿机故障诊断与维修实例322

9.5.2 数控剔齿机故障诊断与维修实例323

9.5.3 数控磨齿机故障诊断与维修实例325

9.6 电火花线切割机床故障诊断与维修实例328

第10章 故障信号分析与处理基础331

10.1 信号的分类与描述331

10.1.1 确定性信号与非确定性信号331

10.1.2 能量信号与功率信号332

10.1.3 时限与频限信号333

10.1.4 连续时间信号与离散时间信号333

10.1.5 物理可实现信号336

10.1.6 信号分析中常用函数336

10.2 信号的常用数学变换339

10.2.1 傅里叶变换339

10.2.2 拉普拉斯变换344

10.2.3 z变换347

10.3 信号的时域分析348

10.3.1 时域分解348

10.3.2 时域统计分析351

10.3.3 直方图分析353

10.3.4 相关分析355

10.4 信号的频域分析356

10.4.1 幅值谱分析357

10.4.2 功率谱分析358

10.5 倒频谱分析360

10.5.1 倒频谱的数学描述360

10.5.2 倒频谱分析的应用361

第11章 数控机床故障诊断技术最新进展363

11.1 数控机床故障诊断的小波分析技术363

11.1.1 小波变换基础364

11.1.2 基于小波分析的故障诊断367

11.2 数控机床故障诊断的模糊诊断技术367

11.2.1 模糊故障诊断基础367

11.2.2 基于模糊诊断的数控机床故障诊断379

11.3 数控机床故障诊断的神经网络诊断技术380

11.3.1 神经网络基础380

11.3.2 基于神经网络的数控机床故障诊断384

11.4 数控机床故障诊断的专家系统385

11.4.1 专家系统的基本组成385

11.4.2 知识库的建立与维护387

11.4.3 全局数据库及其管理系统388

11.4.4 推理机389

11.4.5 解释子系统设计390

11.4.6 神经网络与专家系统391

11.4.7 数控机床故障诊断的专家系统391

11.5 数控机床故障诊断的信息融合技术392

11.5.1 信息融合技术的发展392

11.5.2 基于信息融合技术的数控机床故障诊断393

11.6 数控机床故障诊断的支持向量机技术394

11.6.1 支持向量机394

11.6.2 基于支持向量机的数控机床故障诊断396

参考文献398